disruptor笔记之七：等待策略

蔚落 2022-10-05 02:54 127阅读 0赞

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### 《disruptor笔记》系列链接 ###

1.  [快速入门][Link 1]
2.  [Disruptor类分析][Disruptor]
3.  [环形队列的基础操作(不用Disruptor类)][Disruptor 1]
4.  [事件消费知识点小结][Link 2]
5.  [事件消费实战][Link 3]
6.  [常见场景][Link 4]
7.  [等待策略][Link 5]
8.  [知识点补充(终篇)][Link 6]

### 本篇概览 ###

本文是《disruptor笔记》的第七篇，咱们一起阅读源码，学习一个重要的知识点：等待策略，由于Disruptor的源码短小精干、简单易懂，因此本篇是个轻松愉快的源码学习之旅；

### 提前小结 ###

如果您时间不充裕，可以通过以下提前小结的内容，对等待策略有个大体的认识：

1.  BlockingWaitStrategy：用了ReentrantLock的等待&&唤醒机制实现等待逻辑，是默认策略，比较节省CPU
2.  BusySpinWaitStrategy：持续自旋，JDK9之下慎用（最好别用）
3.  DummyWaitStrategy：返回的Sequence值为0，正常环境是用不上的
4.  LiteBlockingWaitStrategy：基于BlockingWaitStrategy，在没有锁竞争的时候会省去唤醒操作，但是作者说测试不充分，不建议使用
5.  TimeoutBlockingWaitStrategy：带超时的等待，超时后会执行业务指定的处理逻辑
6.  LiteTimeoutBlockingWaitStrategy：基于TimeoutBlockingWaitStrategy，在没有锁竞争的时候会省去唤醒操作
7.  SleepingWaitStrategy：三段式，第一阶段自旋，第二阶段执行Thread.yield交出CPU，第三阶段睡眠执行时间，反复的的睡眠
8.  YieldingWaitStrategy：二段式，第一阶段自旋，第二阶段执行Thread.yield交出CPU
9.  PhasedBackoffWaitStrategy：四段式，第一阶段自旋指定次数，第二阶段自旋指定时间，第三阶段执行Thread.yield交出CPU，第四阶段调用成员变量的waitFor方法，这个成员变量可以被设置为BlockingWaitStrategy、LiteBlockingWaitStrategy、SleepingWaitStrategy这三个中的一个

### 关于等待策略 ###

*  回顾一下前面的文章中实例化Disruptor的代码：

disruptor = new Disruptor<>(new OrderEventFactory(),
                    BUFFER_SIZE,
                    new CustomizableThreadFactory("event-handler-"));

*  展开上述构造方法，会见到创建RingBuffer的代码，默认使用了BlockingWaitStrategy作为等待策略：

public static <E> RingBuffer<E> createMultiProducer(EventFactory<E> factory, int bufferSize)
        { 
            return createMultiProducer(factory, bufferSize, new BlockingWaitStrategy());
        }

*  继续展开上面的createMultiProducer方法，可见每个Sequencer(注意不是Sequence)都有自己的watStrategy成员变量：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70]
 *  这个waitStrategy的最终用途是创建SequenceBarrier的时候，传给SequenceBarrier做成员变量：  
    ![在这里插入图片描述][20210606103714913.png_pic_center]
 *  在看看SequenceBarrier是如何使用waitStrategy的，一共两处用到，第一处如下图红框，原来是waitFor方法内部会用到，这个waitFor咱们前面已经了解过，对消费者来说，等待环形队列的指定位置有可用数据时，就是调用SequenceBarrier的waitFor完成的：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]
 *  SequenceBarrier第二处用到waitStrategy是唤醒的时候：

@Override
        public void alert()
        { 
            alerted = true;
            waitStrategy.signalAllWhenBlocking();
        }

*  现在咱们知道了WaitStrategy的使用场景，接下来看看这个接口有哪些具体实现吧，这样咱们在编程中就知道如何选择才最适合自己

### BlockingWaitStrategy ###

*  作为默认的等待策略，BlockingWaitStrategy还有个特点就是代码量小（不到百行），很容易理解，其实就是用ReentrantLock+Condition来实现等待和唤醒操作的，如下图红框：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]
 *  如果您更倾向于节省CPU资源，对高吞吐量和低延时的要求相对低一些，那么BlockingWaitStrategy就适合您了；

### BusySpinWaitStrategy(慎用) ###

*  前面的BlockingWaitStrategy有个特点，就是一旦环形队列指定位置来了数据，由于线程是等待状态(底层调用了native的UNSAFE.park方法)，因此还要唤醒后才能执行业务逻辑，在一些场景中希望数据一到就尽快消费，此时BusySpinWaitStrategy就很合适了，代码太简单，全部贴出：

public final class BusySpinWaitStrategy implements WaitStrategy
    { 
        @Override
        public long waitFor(
            final long sequence, Sequence cursor, final Sequence dependentSequence, final SequenceBarrier barrier)
            throws AlertException, InterruptedException
        { 
            long availableSequence;
    
            while ((availableSequence = dependentSequence.get()) < sequence)
            { 
                barrier.checkAlert();
                ThreadHints.onSpinWait();
            }
    
            return availableSequence;
        }
    
        @Override
        public void signalAllWhenBlocking()
        { 
        }
    }

*  上述代码显示，整个while循环的关键就是ThreadHints.onSpinWait做了什么，源码如下，这里要格外注意，如果ON\_SPIN\_WAIT\_METHOD\_HANDLE为空，意味着外面的while循环是个**非常消耗CPU的自旋**：

public static void onSpinWait()
        { 
            if (null != ON_SPIN_WAIT_METHOD_HANDLE)
            { 
                try
                { 
                    ON_SPIN_WAIT_METHOD_HANDLE.invokeExact();
                }
                catch (final Throwable ignore)
                { 
                }
            }
        }

*  ON\_SPIN\_WAIT\_METHOD\_HANDLE为空是很可怕的事情，咱们来看看它是何方神圣？代码还是在ThreadHints.java中，如下所示，真相一目了然，它就是Thread类的onSpinWait方法，如果Thread类没有onSpinWait方法，那么使用BusySpinWaitStrategy作为等待策略就有很高的代价了，环形队列里没有数据时消费线程会执行自旋，很耗费CPU：

static
        { 
            final MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();
    
            MethodHandle methodHandle = null;
            try
            { 
                methodHandle = lookup.findStatic(Thread.class, "onSpinWait", methodType(void.class));
            }
            catch (final Exception ignore)
            { 
            }
    
            ON_SPIN_WAIT_METHOD_HANDLE = methodHandle;
        }

*  好吧，还剩两个问题：Thread类有没有onSpinWait方法还不能确定吗？这个onSpinWait方法是何方神圣？
 *  去看JDK官方文档，如下图，原来这方法是从JDK9才有的，所以对于JDK8使用者来说来说，选用BusySpinWaitStrategy就意味着要面对没做啥事儿的while循环了：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]
 *  第二个问题，onSpinWait方法干了些啥？前面的官方文档，以欣宸的英语水平显然是无法理解的，去看[stackoverflow][]吧，如下图，简单的说，就是告诉CPU当前线程处于循环查询的状态，CPU得知后就会调度更多CPU资源给其他线程：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]
 *  至此真像大白：环形队列的条件就绪后，BusySpinWaitStrategy策略是通过whlie死循环来做到快速响应的，如果JDK是9或者更高版本，这个死循环带来的CPU损耗由Thread.onSpinWait帮助缓解，如果JDK版本低于9，这里就是个简单的while死循环，至于这种死循环有多消耗CPU，您可以写段简单代码感受一下…
 *  难怪Disruptor源码中会提醒最好是将使用此实例的线程绑定到指定CPU核：  
    ![在这里插入图片描述][2021060615274871.png_pic_center]

### DummyWaitStrategy ###

固定返回0，个人觉得这个策略在正常开发中用不上，因为环形队列可用位置始终是0的话，不论是生产还是消费都难以实现：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### LiteBlockingWaitStrategy ###

*  看名字，LiteBlockingWaitStrategy是BlockingWaitStrategy策略的轻量级实现，在锁没有竞争的时候(例如独立消费的场景)，会省略掉唤醒操作，不过如下图红框所示，作者说他没有充分验证过正确性，因此建议只用于体验，太好了，这个策略**我不学了！！！**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

### TimeoutBlockingWaitStrategy ###

*  顾名思义，TimeoutBlockingWaitStrategy表示只等待某段时长，超过了就算超时，其代码和BlockingWaitStrategy类似，只是等待的时候有个时长限制，如下图，一目了然：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]
 *  其实我对抛出异常后的处理很感兴趣，去看看吧，外面是熟悉的BatchEventProcessor类，熟悉的processEvents方法，如下图，每次超时异常都交给notifyTimeout处理，而外部的主流程不受影响，依旧不断的从环形队列中等待和获取数据：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]
 *  进入notifyTImeout方法，可见实际上是交给成员变量timeoutHandler去处理的，而且处理过程中发生的任何异常都会被捕获，不会抛出去影响外部调用：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]
 *  再来看看成员变量是哪来的，如下图，真相大白，咱们开发的EventHandler实现类，如果也实现了Timeouthandler，就被当做成员变量timeoutHandler了：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
 *  至此TimeoutBlockingWaitStrategy也搞清楚了：用于有时间限制的场景，每次等待超时后都会调用业务定制的超时处理逻辑，这个逻辑写到EventHandler实现类中，这个实现类要实现Timeouthandler接口

### LiteTimeoutBlockingWaitStrategy ###

*  LiteTimeoutBlockingWaitStrategy与TimeoutBlockingWaitStrategy的关系，就像BlockingWaitStrategy与LiteBlockingWaitStrategy的关系：作为TimeoutBlockingWaitStrategy的变体，有TimeoutBlockingWaitStrategy的超时处理特性，而且没有锁竞争的时候，省略掉唤醒操作；
 *  作者说LiteBlockingWaitStrategy可用于体验，但正确性并未经过充分验证，但是在LiteTimeoutBlockingWaitStrategy的注释中**没有看到这种说法**，看样子这是个靠谱的等待策略，可以用，用在有超时处理的需求，而且没有锁竞争的场景（例如独立消费）

### SleepingWaitStrategy ###

*  和前面几个不同的是，SleepingWaitStrategy没有用到锁，这意味这无需调用signalAllWhenBlocking方法做唤醒处理，相当于省去了生产线程的通知操作，官方源码注释有这么句话引起了我的兴趣，如下图红框，大意是该策略在性能和CPU资源消耗之间取得了平衡，接下来去看看关键代码，来了解这个特性：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]
 *  如下图，等到可用数据的过程是个死循环：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]
 *  接下来是关键代码了，如下图，可见整个等待过程分为三段：计数器高于100时就只有一个减一的操作（最快响应），计数器在100到0之间时每次都交出CPU执行时间（最省资源），其他时候就睡眠固定时间：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]

### YieldingWaitStrategy ###

*  看过SleepingWaitStrategy之后，再看YieldingWaitStrategy就很容易理解了，和SleepingWaitStrategy相比，YieldingWaitStrategy先做指定次数的自旋，然后不断的交出CPU时间：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]
 *  由于在不断的执行Thread.yield()方法，因此该策略虽然很消耗CPU，不过一旦其他线程有CPU需求，很容易从这个线程得到；

### PhasedBackoffWaitStrategy ###

*  最后是PhasedBackoffWaitStrategy，该策略的特点是将整个等待过程分成下图的四段，四个方块代表一个时间线上的四个阶段：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]
 *  这里说明一下上图的四个阶段：

1.  首先是自旋指定的次数，默认10000次；
2.  自旋过后，开始带计时的自旋，执行的时长是spinTimeoutNanos的值；
3.  执行时长达到spinTimeoutNanos的值后，开始执行Thread.yield()交出CPU资源，这个逻辑的执行时长是yieldTimeoutNanos-spinTimeoutNanos；
4.  执行时长达到yieldTimeoutNanos-spinTimeoutNanos的值后，开始调用fallbackStrategy.waitFor，这个调用没有时间或者次数限制；

*  现在问题来了fallbackStrategy是何方神圣？PhasedBackoffWaitStrategy类准备了三个静态方法，咱们可以按需选用，让fallbackStrategy是BlockingWaitStrategy、LiteBlockingWaitStrategy、SleepingWaitStrategy这三个中的一个：

public static PhasedBackoffWaitStrategy withLock(
            long spinTimeout,
            long yieldTimeout,
            TimeUnit units)
        { 
            return new PhasedBackoffWaitStrategy(
                spinTimeout, yieldTimeout,
                units, new BlockingWaitStrategy());
        }
    
    public static PhasedBackoffWaitStrategy withLiteLock(
            long spinTimeout,
            long yieldTimeout,
            TimeUnit units)
        { 
            return new PhasedBackoffWaitStrategy(
                spinTimeout, yieldTimeout,
                units, new LiteBlockingWaitStrategy());
        }
    
        public static PhasedBackoffWaitStrategy withSleep(
            long spinTimeout,
            long yieldTimeout,
            TimeUnit units)
        { 
            return new PhasedBackoffWaitStrategy(
                spinTimeout, yieldTimeout,
                units, new SleepingWaitStrategy(0));
        }

*  至此，Disruptor的九种等待策略就全部分析完毕了，除了选用等待策略的时候更加得心应手，还有个收获就是积攒了阅读优秀源码的经验，在读源码的路上更加有信心了；

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[Disruptor]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117318462
[Disruptor 1]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117386253
[Link 2]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117395009
[Link 3]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117405835
[Link 4]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117575447
[Link 5]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117608051
[Link 6]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117636483
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221005/5f6056dd2d49409aa48bb0bd7792b680.png
[20210606103714913.png_pic_center]: /images/20221005/443760016dca4b2fadb26a1247ac6432.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221005/61aca78bdcf1418eab303ce30c753058.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221005/8e67e3a39bd14a8da353123491d28fe9.png
[stackoverflow]: https://stackoverflow.com/questions/44622384/onspinwait-method-of-thread-class-java-9
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221005/316c97664a9146b29c30dff71859964b.png
[2021060615274871.png_pic_center]: /images/20221005/eeebfe9eb3b74c8e9a7351fdf822701f.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]: /images/20221005/a43d89379b45487bb346bc7300c6fe36.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]: /images/20221005/902b66267f2840bb9cf8e98aedb31ca7.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]: /images/20221005/183205a07a2c4c3f8593305fde98ac1e.png
[Java]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105068742
[Spring]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105086498
[Docker]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105086732
[kubernetes]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105086794
[Link 7]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105086850
[DevOps]: https://xinchen.blog.csdn.net/article/details/105086920